JPH095310A - Ultrasonic inspection method - Google Patents

Ultrasonic inspection method

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Publication number
JPH095310A
JPH095310A JP7150731A JP15073195A JPH095310A JP H095310 A JPH095310 A JP H095310A JP 7150731 A JP7150731 A JP 7150731A JP 15073195 A JP15073195 A JP 15073195A JP H095310 A JPH095310 A JP H095310A
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JP
Japan
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wave
frequency characteristic
chirp
probe
frequency
Prior art date
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Pending
Application number
JP7150731A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Ryuichi Okuno
隆一 奥野
Akio Nagamune
章生 長棟
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by NKK Corp, Nippon Kokan Ltd filed Critical NKK Corp
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Publication of JPH095310A publication Critical patent/JPH095310A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04Analysing solids
    • G01N29/12Analysing solids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028Material parameters
    • G01N2291/02854Length, thickness
    • GPHYSICS
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    • G01N2291/00Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/04Wave modes and trajectories
    • G01N2291/044Internal reflections (echoes), e.g. on walls or defects

Abstract

PURPOSE: To improve the inspection accuracy of an ultrasonic inspection method by making the amplitude of the chirp wave of transmitted waves constant and the frequency transition widths and pulse widths of the chirp waves of a reference wave and transmitted waves the same and, at the same time, by smoothly changing the amplitudes of a probe and an object to be inspected at their start points and end points. CONSTITUTION: Two kinds of FM waveforms which are generated from a personal computer 61 and frequency-modulated in different directions are converted into analog signals by means of a D/A converter 62, amplified to required transmitting power by means of an amplifier 63 for transmission, and transmitted into an object 4 to be inspected as ultrasonic waves from a probe 3. The signals received by the probe 3 are signal-amplified by means of an amplifier 66 for reception and successively converted into digital signals by means of an A/D converter 67. An FIR filter 68 performs a pulse compression process on the digital signals by computing the correlation between the digital signals and a reference wave generated from the computer 61. The computer 61 can arbitrarily set the shapes of the transmitted and reference waves in accordance with a change of program. The output signal of the filter 68, in addition, is displayed on an oscilloscope 70 through a D/A converter 69.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は超音波を用いて材料の内
外部を非破壊で検査したり材料の厚さを測定して被検体
の状態を把握する超音波検査方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic inspection method for inspecting the inside and outside of a material non-destructively by using ultrasonic waves or measuring the thickness of the material to grasp the state of an object.

【0002】[0002]

【従来の技術】図7は従来の一般的な超音波探傷装置の
機能構成図である。図7において、1は各回路に必要な
同期信号を発生し出力する同期部、2は同期部1からの
出力信号をもとに送信電気信号を発生する送信部、3は
送信部2からの送信信号をもとに超音波を発生し被検体
4の内部に超音波を入射させると共に、被検体内部から
のエコーを受信し電気信号に変換する探触子、5は探触
子3からの電気信号を増幅させる受信部、6は受信部5
からの出力信号を表示する表示部である。
2. Description of the Related Art FIG. 7 is a functional block diagram of a conventional general ultrasonic flaw detector. In FIG. 7, reference numeral 1 is a synchronization unit that generates and outputs a synchronization signal necessary for each circuit, 2 is a transmission unit that generates a transmission electric signal based on the output signal from the synchronization unit 1, and 3 is a transmission unit 2 from the transmission unit 2. A probe 5 that generates an ultrasonic wave based on a transmission signal and causes the ultrasonic wave to enter the inside of the subject 4 and receives an echo from the inside of the subject and converts the echo into an electric signal is a probe 5 from the probe 3. A receiving unit for amplifying the electric signal, 6 is a receiving unit 5
It is a display unit for displaying an output signal from the.

【0003】超音波を用いて材料内外部の検査を行う場
合には、一般には、図7に示すような装置が使用されて
おり、このような装置では送信信号波形としてはパルス
波が一般に用いられている。図8の(a)にそのパルス
波の形状を示す。また、パルス波の振幅スペクトルを図
8の(b)のb1に示す。このb1により、パルス波の
振幅スペクトルの形状を見ると、周波数fが高くなるほ
ど振幅が低下する傾向を持っていることが分かる。しか
しながら、実際に使用する一般的な探触子の周波数特性
(送信時の電気信号の超音波信号への変換効率及び受信
時の超音波信号の電気信号への変換効率の積の周波数上
での特性)を見ると、図8の(b)のb2に示すように
なっており、最も変換効率の高い周波数(中心周波数)
をピークとする丘状の分布状態を持っている。
When inspecting the inside and outside of a material using ultrasonic waves, a device as shown in FIG. 7 is generally used. In such a device, a pulse wave is generally used as a transmission signal waveform. Has been. The shape of the pulse wave is shown in FIG. Further, the amplitude spectrum of the pulse wave is shown by b1 in FIG. From this b1, it can be seen from the shape of the amplitude spectrum of the pulse wave that the amplitude tends to decrease as the frequency f increases. However, the frequency characteristics of a general probe that is actually used (the product of the conversion efficiency of an electric signal during transmission into an ultrasonic signal and the conversion efficiency of an ultrasonic signal during reception into an electrical signal Looking at the characteristics, it is as shown in b2 of FIG. 8B, and the frequency with the highest conversion efficiency (center frequency)
It has a hill-like distribution with a peak at.

【0004】ここで問題となるのは、図8の(b)のb
1とb2の形状の差である。つまり、この差は、送信パ
ルスのエネルギーは探触子3の超音波の送受信の過程
で、かなりのエネルギーが失われていることを意味して
いて、問題となっていた。図7の送信部2では、200
V程度の振幅を有する送信パルス波を発生するが、探触
子3により得られる受信信号は、通常被検体の材質が鋼
である場合には、欠陥の大きさにも依存するが、数mV
程度の振幅であり、これは受信部5に於いて数百mV程
度に増幅される。この増幅過程に於いて、増幅前の微弱
な受信信号に混入するわずかな電気ノイズ等も、そまま
増幅されてしまい、探傷できる欠陥の大きさにはおのず
と限界があり、より小さな欠陥をノイズに影響されるこ
となく探傷したい場合には、送信パルスの振幅を上げざ
るを得ず、探触子による超音波の伝達効率の悪さに起因
するエネルギー損失を加味すると、その振幅の上げ幅
は、相当なものとなり、ハードウェアの構成上非現実的
である。
The problem here is that b in FIG.
This is the difference in shape between 1 and b2. That is, this difference means that the energy of the transmission pulse has lost a considerable amount of energy in the process of transmitting and receiving the ultrasonic waves of the probe 3, which is a problem. In the transmitter 2 of FIG.
Although a transmission pulse wave having an amplitude of about V is generated, the reception signal obtained by the probe 3 usually depends on the size of the defect but is several mV when the material of the object is steel.
The amplitude is about the degree, which is amplified to about several hundred mV in the receiving section 5. In this amplification process, even small electric noises mixed in the weak received signal before amplification are amplified as they are, and the size of flaws that can be flaw-detected is naturally limited, and smaller flaws become noise. In order to detect flaws without being affected, the amplitude of the transmission pulse must be increased, and if the energy loss due to the poor transmission efficiency of ultrasonic waves by the probe is taken into account, the increase in the amplitude will be considerable. However, it is unrealistic in terms of hardware configuration.

【0005】このような問題点を解決するための手段と
して図9に示すような超音波探傷装置が提唱されている
(特公平3−43586号公報)。この図9の超音波探
傷装置においては、7は同期部1からの出力信号に同期
して送信部2へのパルス幅を可変する周波数可変回路、
8は周波数可変回路7への制御信号を出力する周波数設
定手段、9は周波数可変回路7の出力信号の波数を可変
する波数可変回路、10は波数可変回路9への制御信号
を出力する波数設定手段である。このような構成を有す
る超音波探傷装置では送信周波数と送信波数をそれぞれ
可変できるため、送信波(図10の(a))が、探触子
の周波数特性のピーク付近、つまり、探触子の超音波伝
達効率の最も良い周波数範囲で送信できるため(図10
の(b))、探触子の送受信に於けるエネギーロスが小
さくて済む。更に、パルス波(図10の(c))に比べ
て時間軸方向に長い送信波は、送信エネルギーとして
は、従来のパルス波よりも高い。結局、探触子によるエ
ネルギーロスが小さく、送信エネルギーの大きな送信波
により得られる受信信号は、ノイズに対する影響を受け
にくい。
As a means for solving such a problem, an ultrasonic flaw detector as shown in FIG. 9 has been proposed (Japanese Patent Publication No. 3-43586). In the ultrasonic flaw detector of FIG. 9, 7 is a frequency variable circuit that varies the pulse width to the transmission unit 2 in synchronization with the output signal from the synchronization unit 1,
8 is a frequency setting means for outputting a control signal to the frequency variable circuit 7, 9 is a wave number variable circuit for varying the wave number of the output signal of the frequency variable circuit 7, and 10 is a wave number setting for outputting a control signal to the wave number variable circuit 9. It is a means. In the ultrasonic flaw detector having such a configuration, since the transmission frequency and the number of transmission waves can be varied, the transmission wave ((a) in FIG. 10) is near the peak of the frequency characteristic of the probe, that is, the probe. Since it can be transmitted in the frequency range with the best ultrasonic transmission efficiency (Fig. 10
(B)), the energy loss in transmitting and receiving the probe can be small. Furthermore, the transmission wave that is longer in the time axis direction than the pulse wave ((c) in FIG. 10) has higher transmission energy than the conventional pulse wave. After all, the received signal obtained by a transmitted wave with a large transmitted energy with a small energy loss due to the probe is less susceptible to noise.

【0006】更に、上記の問題を解決する技術としてレ
ーダーの分野で良く知られているパルス圧縮という技術
がある(Radar handbook, Skolnik et.al.,McGraw-Hill
Inc,.1970)。この技術は周知のように、位相を符号化
した波形又は周波数を変調させた時間軸方向に長い波形
(FM波と呼ぶ)を送信波として送信し、その受信波形
と送信に用いた波形との相互相関演算処理(パルス圧
縮)を行うことにより、受信波の時間軸方向の幅を短く
すると同時に、振幅の鋭い波形(メインローブ)を得
て、ノイズを低減する技術である。図11の(d)に相
関処理後の波形を示す。波形に於けるメインローブの振
幅は、受信波形が送信波形と同一である場合には、(B
T)1/2 、更にその幅は2/Bとなる。超音波探傷に於
いては、受信波形は必ずしも送信波形と同じではない
が、送信波形のパルス幅Tおよび周波数遷移幅Bを大き
くするほど、メインローブの振幅を大きくすることがで
き、周波数遷移幅Bを大きくする程、メインローブの幅
を短くすることができると言える。これより、送信波の
時間軸方向を長くすることにより生じる時間軸方向の分
解能の劣化を解消することができる。
Further, as a technique for solving the above problem, there is a technique called pulse compression which is well known in the field of radar (Radar handbook, Skolnik et.al., McGraw-Hill.
Inc ,. 1970). As is well known in this technology, a phase-encoded waveform or a frequency-modulated waveform that is long in the time axis direction (called an FM wave) is transmitted as a transmission wave, and the reception waveform and the waveform used for transmission are By performing cross-correlation calculation processing (pulse compression), the width of the received wave in the time axis direction is shortened, and at the same time, a waveform with a sharp amplitude (main lobe) is obtained to reduce noise. FIG. 11D shows the waveform after the correlation processing. If the received waveform is the same as the transmitted waveform, the amplitude of the main lobe in the waveform is (B
T) 1/2 , and its width is 2 / B. In ultrasonic flaw detection, the reception waveform is not necessarily the same as the transmission waveform, but the larger the pulse width T and the frequency transition width B of the transmission waveform, the larger the amplitude of the main lobe and the frequency transition width. It can be said that the width of the main lobe can be shortened as B is increased. As a result, the deterioration of the resolution in the time axis direction caused by lengthening the time axis direction of the transmitted wave can be eliminated.

【0007】図11を用いて一般的なFM信号波形の特
徴を説明する。FM信号(図11の(c))において
は、パルス幅T内において、周波数Bと振幅形状(図1
1の(b))とが互いに独立して任意に設定される。図
11の(d)に相関処理後の波形を示す。この技術を超
音波探傷に適用した適用した装置として、特開昭63−
233369号公報において提案されている装置が知ら
れている。
The features of a general FM signal waveform will be described with reference to FIG. In the FM signal ((c) of FIG. 11), within the pulse width T, the frequency B and the amplitude shape (see FIG.
1) and (b)) are set independently of each other. FIG. 11D shows the waveform after the correlation processing. As an apparatus to which this technique is applied to ultrasonic flaw detection, Japanese Patent Laid-Open No. 63-
The device proposed in 233369 publication is known.

【0008】この公報において提案されている装置にお
いては、図12に示すように、FM信号設定部21で作
成された送信パルス信号b1 (b2 )はFM信号送信部
22より200Vp-p 程度の振幅に増幅され、超音波探
触子3へ送信される。超音波探触子3は送信パルス信号
1 (b2 )に応答して超音波パルスを被検体4へ送波
し、反射波を受波する。受波された反射波は、エコー信
号に変換されて直交検波部25へ入力される。エコー信
号は直交検波部25により複素信号に変換され、周波数
帯域の低域変換を行い、所定の電圧レベルに増幅され次
の相関部26へ入力される。一方、参照波設定部27
は、FM信号設定部21で作成された送信パルス信号b
1 (b2 )を用いて参照信号r1 (r2 )を作成して、
参照波発信部28を介して前記相関部26へ送出する。
相関部26は、エコー信号と参照信号r1 (r2 )との
相関演算を行うことによって、エコー信号をパルス圧縮
する。パルス圧縮されたエコー信号d1 (d2 )は直交
変調部29でもって時差時間信号に変換されて、表示部
30に表示される。
In the apparatus proposed in this publication, as shown in FIG. 12, the transmission pulse signal b 1 (b 2 ) created by the FM signal setting section 21 is about 200 Vp-p from the FM signal transmitting section 22. Is amplified to the amplitude of 1 and transmitted to the ultrasonic probe 3. The ultrasonic probe 3 transmits an ultrasonic pulse to the subject 4 in response to the transmission pulse signal b 1 (b 2 ) and receives a reflected wave. The received reflected wave is converted into an echo signal and input to the quadrature detection unit 25. The echo signal is converted into a complex signal by the quadrature detection unit 25, low-frequency conversion is performed in the frequency band, amplified to a predetermined voltage level, and input to the next correlation unit 26. On the other hand, the reference wave setting unit 27
Is the transmission pulse signal b created by the FM signal setting unit 21.
Create a reference signal r 1 (r 2 ) using 1 (b 2 ),
It is sent to the correlation unit 26 via the reference wave transmission unit 28.
The correlating unit 26 pulse-compresses the echo signal by performing a correlation calculation between the echo signal and the reference signal r 1 (r 2 ). The pulse-compressed echo signal d 1 (d 2 ) is converted into a time difference time signal by the quadrature modulator 29 and displayed on the display unit 30.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】上記の図12に示され
る装置(パルス圧縮装置)において、図13の(a)に
示すようなチャープ波(周波数遷移幅:1〜9MHz、
パルス幅:5μs)を送信波及び参照波を用いると(図
13の(b)にそのスペクトラムを示す。)、パルス圧
縮後の波形は、図13の(c)のようになる。図13の
(c)において、鋭い振幅をもったメインローブが得ら
れると共に、その周辺にはサイドローブと呼ばれる一種
のノイズが発生する。このノイズは、例えば板状の被検
体を探傷する場合に、底面近傍に存在する欠陥の検出に
おいては、S/N劣化の原因となる。このサイドローブ
発生の原因は、図13の(b)におけるリップルの増大
に起因している。
In the device (pulse compression device) shown in FIG. 12, the chirp wave (frequency transition width: 1 to 9 MHz, as shown in FIG. 13A) is used.
When a transmission wave and a reference wave are used with a pulse width of 5 μs (the spectrum is shown in (b) of FIG. 13), the waveform after pulse compression is as shown in (c) of FIG. In (c) of FIG. 13, a main lobe having a sharp amplitude is obtained, and a kind of noise called a side lobe is generated around the main lobe. This noise causes S / N deterioration in the detection of defects existing near the bottom surface when, for example, a plate-shaped object is flaw-detected. The cause of this side lobe generation is due to the increase of the ripple in FIG. 13 (b).

【0010】このリップルの発生原因は、チャープ波の
切り出し窓におけるサイロドーブに起因し、このサイド
ローブを低減することが、チャープ波におけるリプルを
低減し、ひいては、パルス圧縮後のサイドローブの低減
につながる。サイドローブの低減のための窓関数として
は、ハミング窓等が提案されている。図13の(d)に
窓関数の種類と、(e)にそのスペクトラムを示す。
The cause of this ripple is due to the silodove in the cut-out window of the chirp wave, and reducing this side lobe reduces the ripple in the chirp wave and eventually leads to the reduction of the side lobe after pulse compression. . A Hamming window or the like has been proposed as a window function for reducing side lobes. FIG. 13D shows the type of window function and FIG. 13E shows its spectrum.

【0011】例えば、ハミング窓により切り出したチャ
ープ波(図13の(f))による、図12に示すパルス
圧縮装置におけるパルス圧縮後の波形(図13の
(h))は、サイドローブの少ない波形となり、底面近
傍の欠陥の探傷においても良好なS/Nを確保できる。
しかしながら、図14の(a),(b)に示すように、
ハミング窓のような窓関数を用いると、そのスペクトル
の面積は小さくなる。従って、その面積の2乗により表
される波形のエネルギーは、小さくなるため、送信エネ
ルギーの減少を招き、パルス圧縮前の波形においてはノ
イズの影響を受けやすくなる。これを防ぐためには、チ
ャープ波のパルス幅を長くし、送信エネルギーを大きく
すること(図14の(c))が効果的であるが、次に述
べるような問題を含んでいるためチャープ波のパルス幅
を長くするのは得策ではない。更に、送信波へのハミン
グ窓のような窓関数の適用は、送信波の狭帯域化をまね
き、その結果としてメインローブの波数の増加を招く。
これは、探傷時の分解能劣化を招く。
For example, the waveform after pulse compression ((h) in FIG. 13) in the pulse compression apparatus shown in FIG. 12 by the chirp wave ((f) in FIG. 13) cut out by the Hamming window is a waveform with few side lobes. Therefore, good S / N can be secured even in flaw detection of defects near the bottom surface.
However, as shown in (a) and (b) of FIG.
When a window function such as a Hamming window is used, the area of the spectrum becomes small. Therefore, since the energy of the waveform represented by the square of the area becomes small, the transmission energy is reduced, and the waveform before pulse compression is easily affected by noise. In order to prevent this, it is effective to lengthen the pulse width of the chirp wave and increase the transmission energy ((c) of FIG. 14). However, the chirp wave of the chirp wave is included because it includes the following problems. Increasing the pulse width is not a good idea. Furthermore, application of a window function such as a Hamming window to the transmitted wave leads to a narrow band of the transmitted wave, resulting in an increase in the wave number of the main lobe.
This leads to deterioration of resolution during flaw detection.

【0012】ここで、チャープ波のパルス幅を長くでき
ない理由について説明する。図15の(a)のように水
35の中に配置された被検体である銅36の表面近傍に
存在する欠陥37(直径5.6mmの平底穴、表面から
の深さ7mm)を探傷する場合についてみると、探触子
3が受信した欠陥エコー(Fエコー)は所定の電圧レベ
ルに増幅されるが、このとき、表面反射エコー(Sエコ
ー)は欠陥エコーに比べて極端に振幅が大きく、図15
の(b)のように飽和状態となり、SエコーとFエコー
の重複部分が失われてしまうため、パルス幅が短く重な
らない場合(図15の(c))に比べてパルス圧縮によ
るメインローブが変化し、Fエコーの再現性が失われる
ため、不感帯の増大につながる。
Now, the reason why the pulse width of the chirp wave cannot be increased will be described. As shown in FIG. 15A, a defect 37 (a flat bottom hole having a diameter of 5.6 mm and a depth of 7 mm from the surface) existing in the vicinity of the surface of the copper 36, which is an object, placed in the water 35 is detected. Considering the case, the defect echo (F echo) received by the probe 3 is amplified to a predetermined voltage level. At this time, the surface reflection echo (S echo) has an extremely large amplitude as compared with the defect echo. , Fig. 15
As shown in FIG. 15B, the saturated state occurs, and the overlapping portion of the S echo and the F echo is lost. Therefore, the main lobe due to pulse compression is smaller than in the case where the pulse widths are short and do not overlap (FIG. It changes and the reproducibility of the F echo is lost, leading to an increase in the dead zone.

【0013】本発明は、上述のような問題点を解決する
ためになされたものであり、検査精度を向上させること
を可能にした超音波検査方法を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an ultrasonic inspection method capable of improving inspection accuracy.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の一つの態様に係
る超音波検査方法は、所定パルス幅内で周波数が遷移す
るチャープ波を送信波として探触子を介して被検体内に
送信し、探触子を介して得られるその受信波と、予め設
定されたチャープ波からなる参照波との相関処理を行
い、その相関処理後のパルス圧縮された信号によって被
検体の状態を把握する超音波検査方法において、送信波
として用いられるチャープ波はその振幅が一定であり、
参照波として用いられるチャープ波は、その周波数遷移
幅及びパルス幅が送信波のチャープ波のそれと同一であ
り、且つ、反射波との相互相関によって得られるパルス
圧縮波形のサイドローブを小さくするために探触子と被
検体の周波数特性を考慮して、その振幅が始点及び終点
においてそれぞれ滑らかに変化する。
An ultrasonic inspection method according to one aspect of the present invention transmits a chirp wave whose frequency transits within a predetermined pulse width as a transmission wave into a subject through a probe. , The received wave obtained via the probe is correlated with a reference wave consisting of a preset chirp wave, and the state of the subject is grasped by the pulse-compressed signal after the correlation processing. In the acoustic inspection method, the chirp wave used as the transmitted wave has a constant amplitude,
The chirp wave used as the reference wave has the same frequency transition width and pulse width as that of the chirp wave of the transmitted wave, and in order to reduce the side lobe of the pulse compression waveform obtained by cross-correlation with the reflected wave. Considering the frequency characteristics of the probe and the subject, their amplitudes change smoothly at the start point and the end point.

【0015】本発明の他の態様に係る超音波検査方法
は、上記の超音波検査方法において、波形の始端部から
中央部にかけて滑らかに立ち上がり、そして、波形の中
央部から終端部にかけて滑らかに立ち下がるような包絡
線を有するチャープ波の周波数特性を求めてそれを第1
の周波数特性とし、そのチャープ波に共役な関係にある
チャープ波の周波数特性を求めてそれを第2の周波数特
性とし、更に、送信波に用いられるチャープ波の周波数
特性と探触子と遅延材又は被検体を含む超音波伝搬系の
周波数特性との積を演算することにより求められたチャ
ープ波の周波数特性を求めてそれを第3の周波数特性と
し、そして、第1の周波数特性と前記第2の周波数特性
との積を第3の周波数特性で除算して得られる周波数特
性を有するチャープ波を、参照波のチャープ波として用
いる。
An ultrasonic inspection method according to another aspect of the present invention is the ultrasonic inspection method described above, in which the waveform rises smoothly from the beginning to the center of the waveform and smoothly rises from the center to the end of the waveform. The frequency characteristic of a chirp wave having a falling envelope is obtained and the
Frequency characteristic of the chirp wave, the frequency characteristic of the chirp wave having a conjugate relationship with the chirp wave is obtained, and the second frequency characteristic is used. Further, the frequency characteristic of the chirp wave used for the transmission wave, the probe and the delay material Alternatively, the frequency characteristic of the chirp wave obtained by calculating the product with the frequency characteristic of the ultrasonic wave propagation system including the subject is obtained and used as the third frequency characteristic, and the first frequency characteristic and the first frequency characteristic A chirp wave having a frequency characteristic obtained by dividing the product of the second frequency characteristic and the third frequency characteristic is used as the chirp wave of the reference wave.

【0016】本発明の他の態様に係る超音波検査方法
は、上記の超音波検査方法において、送信波のチャープ
波は、その包絡線の始端部及び終端部においてそれぞれ
丸みを帯びた形状である。本発明の他の態様に係る超音
波検査方法は、上記の超音波検査方法において、探触子
と遅延材又は被検体を含む超音波伝搬系の周波数特性を
求めるに際しては、送信波にパルス波を用いてその周波
数特性を求めてそれを第4の周波数特性とし、更に、被
検体からの反射波の周波数特性を求めてそれを第5の周
波数特性とし、第5周波数特性を第4の周波数特性で除
算することにより求める。
An ultrasonic inspection method according to another aspect of the present invention is the above-mentioned ultrasonic inspection method, wherein the chirp wave of the transmitted wave has a rounded shape at the start end and the end of the envelope. . An ultrasonic inspection method according to another aspect of the present invention, in the above ultrasonic inspection method, when determining the frequency characteristics of the ultrasonic propagation system including the probe and the delay material or the test object, a pulse wave as a transmission wave. Is used to obtain the frequency characteristic as the fourth frequency characteristic, and further, the frequency characteristic of the reflected wave from the subject is determined as the fifth frequency characteristic, and the fifth frequency characteristic is referred to as the fourth frequency characteristic. Calculated by dividing by the characteristic.

【0017】[0017]

【作用】まず、以後の説明を簡単なものとするために、
以下の説明を行う。 時間軸上(t)の表現から、周波数軸上(ω)の表現
への変換(フーリエ変換)を、時間軸上の関数f(t)
とフーリエ変換による関数F(ω)との関係は次式によ
り表される。
[Function] First, in order to simplify the following description,
The following description will be given. The conversion (Fourier transform) from the representation on the time axis (t) to the representation on the frequency axis (ω) is performed by the function f (t) on the time axis.
And the function F (ω) by the Fourier transform is expressed by the following equation.

【0018】[0018]

【数1】 [Equation 1]

【0019】畳み込み演算*:畳み込み演算Convolution operation *: Convolution operation

【0020】[0020]

【数2】 [Equation 2]

【0021】パルス圧縮を用いた超音波探傷装置は、図
16に示されるような構成となるが、送信チャープ波の
発生から、受信アンプにおける反射エコーの受信に至
る、いわゆる超音波伝達系においては、例えば送信チャ
ープ波の周波数軸上での関数をS(ω)(時間軸上での
関数をs(t)とする。)とすると、受信アンプで増幅
されるまでには、探触子における送受信における伝達特
性T(ω)、被検体の材料特性(超音波の減衰特性等)
M(ω)及び受信アンプの増幅特性A(ω)の影響によ
り、反射エコーR(ω)は(時間軸上での関数r(t)
となる)、(7)式のように表現できる。 R(ω)=S(ω)・T(ω)・M(ω)・A(ω) …(7)
An ultrasonic flaw detector using pulse compression has a structure as shown in FIG. 16, but in a so-called ultrasonic transmission system from generation of a transmission chirp wave to reception of a reflection echo in a reception amplifier. For example, if the function on the frequency axis of the transmitted chirp wave is S (ω) (the function on the time axis is s (t)), then in the probe until it is amplified by the reception amplifier. Transfer characteristics T (ω) during transmission / reception, material characteristics of subject (attenuation characteristics of ultrasonic waves, etc.)
Due to the influence of M (ω) and the amplification characteristic A (ω) of the reception amplifier, the reflected echo R (ω) becomes (function r (t) on the time axis.
Can be expressed as in equation (7). R (ω) = S (ω) · T (ω) · M (ω) · A (ω) (7)

【0022】一方、ハミング窓(hamming-Window)のよ
うな窓関数wH (t)(周波数軸上での関数はW
H (ω)となる。)によりチャープ波s(t)の切り出
しによるチャープ波はsH (t)は、(6)式より、
(8)式及び(9)式のように表現することができる。 sH (t)=s(t)・wH (t) …(8) SH (ω)=1/2π{S(ω)*WH (ω)} …(9) また、包絡線がほぼ一定となるチャープ波の窓関数は、
ほぼ矩形窓(rectanguler-Window)に一致するが、かか
る窓関数wR (t)によるチャープ波の切り出しは、
(10)式、(11)式のようになる。 sR (t)=s(t)・wR (t) …(10) SR (ω)=1/2π{S(ω)*WR (ω)} …(11)
On the other hand, a window function w H (t) such as a Hamming-Window (the function on the frequency axis is W
It becomes H (ω). ), The chirp wave s H (t) obtained by cutting out the chirp wave s (t) is
It can be expressed as in equations (8) and (9). s H (t) = s (t) · w H (t) (8) S H (ω) = ½π {S (ω) * W H (ω)} (9) Further, the envelope is The window function of the chirp wave, which is almost constant, is
It corresponds to a rectangular window (rectanguler-Window), but the extraction of the chirp wave by the window function w R (t) is
Expressions (10) and (11) are obtained. s R (t) = s ( t) · w R (t) ... (10) S R (ω) = 1 / 2π {S (ω) * W R (ω)} ... (11)

【0023】なお、(9)式と(11)式において1/
2πは形式上省略してもさしつかえないため以下省略す
る。ここで、前述のパルス圧縮による超音波探傷装置に
よるパルス圧縮(相関)は、(12)式のような式で表
現できる処理を行い、関数z(τ)を得る。
In equations (9) and (11), 1 /
Since 2π may be omitted formally, it may be omitted, and will be omitted below. Here, the pulse compression (correlation) by the ultrasonic flaw detector by the above-described pulse compression is performed by a process that can be expressed by an equation such as equation (12), and a function z (τ) is obtained.

【0024】[0024]

【数3】 (Equation 3)

【0025】(13)式において、S* (ω)はS
(ω)の共役であることを表している。さて、最適な相
関関数z(t)が得られる条件としては、r(t)がs
(t)に等しい場合であり、つまり、送信チャープ波s
(t)の自己相関を取った場合である。実際には、超音
波伝達系における伝達関数が、フィルタとして作用する
ため、s(t)とr(t)との相関はs(t)の自己関
数に比べて劣化する。最適な相関関数つまり、送信チャ
ープ波の自己相関関数を得るためには、参照波に関して
(14)式に示すようなSref (ω)を有する波形にす
ると良い。
In the equation (13), S * (ω) is S
It represents the conjugate of (ω). Now, as a condition for obtaining the optimum correlation function z (t), r (t) is s
Equal to (t), that is, the transmitted chirp wave s
This is the case where the autocorrelation of (t) is taken. In reality, since the transfer function in the ultrasonic transfer system acts as a filter, the correlation between s (t) and r (t) deteriorates compared to the self function of s (t). In order to obtain the optimum correlation function, that is, the autocorrelation function of the transmitted chirp wave, it is preferable that the reference wave has a waveform having S ref (ω) as shown in equation (14).

【0026】[0026]

【数4】 (Equation 4)

【0027】更に、(8)式、(9)式ののように、自
己相関におけるサイドローブを低く抑えるようなチャー
プ波窓関数wH (t)を用いたチャープ波を送信に用い
る場合の、最適な参照波は、(14)式により(15)
式のようになる。
Further, as shown in equations (8) and (9), when a chirp wave using a chirp wave window function w H (t) that suppresses side lobes in autocorrelation is used for transmission, The optimal reference wave is (15) according to equation (14).
It looks like an expression.

【0028】[0028]

【数5】 (Equation 5)

【0029】本発明による送信チャープ波は、(10)
式、(11)式に示すような矩形窓の類であるから、こ
の関数を用いたときの参照波SrefR(ω)と受信波R
(ω)の相互相関が、SH (ω)による場合の相互相関
に等しくならしめるためには、次の(16)式に示すよ
うな参照波SrefR(ω)となる。
The transmitted chirp wave according to the present invention is (10)
Since it is a kind of rectangular window as shown in the equation (11), the reference wave S refR (ω) and the received wave R when this function is used
In order to make the cross-correlation of (ω) equal to the cross-correlation in the case of S H (ω), the reference wave S refR (ω) as shown in the following expression (16) is obtained.

【0030】[0030]

【数6】 (Equation 6)

【0031】更に、送信チャープ波においてはその包絡
線の始端部・終端部においてやや丸みをもたせると、図
17のようにそのスペクトラムにおける雑ノイズ成分は
除去されるため、SrefR(ω)の算出課程における波形
劣化を防ぐことができる。また、(16)式における、
超音波伝達系の伝達特性を求めるためには、その位相特
性が直線形で、振幅特性においてもほぼ直線となるパル
ス波を用いると、都合がよい。
Further, in the transmitted chirp wave, if the start end and the end of the envelope are slightly rounded, the miscellaneous noise components in the spectrum are removed as shown in FIG. 17, so that S refR (ω) is calculated. Waveform deterioration in the course can be prevented. Also, in equation (16),
In order to obtain the transfer characteristic of the ultrasonic transfer system, it is convenient to use a pulse wave whose phase characteristic is linear and whose amplitude characteristic is substantially linear.

【0032】[0032]

【実施例】図1は本発明に係る超音波検査方法が適用さ
れた装置の一例を示す機能説明図である。図1におい
て、41は各回路に必要な同期信号を発生し出力する同
期部、42は所定波形の2種類の互いに変調方向の異な
る周波数変調信号(この例ではチャープ信号波)を設定
するFM信号設定部、43はFM信号設定部で設定され
たFM信号に基づき同期信号に準拠し、どちらか一方の
FM信号を読みだす信号読出部50により読み出された
FM信号を送信するFM信号送信部、46は相関処理を
行うパルス圧縮部である。47はFM信号設定部42に
より設定されたFM信号と、パルス波設定部49から信
号読出部50を経て送信され、パルス圧縮を行わないで
表示部48に表示された被検体4からの反射エコーか
ら、送信波と同じ変調周波数と波形長さを有するチャー
プ波を設定する参照波設定部、48はパルス圧縮部で相
関された結果を表示する表示部である。
1 is a functional explanatory view showing an example of an apparatus to which an ultrasonic inspection method according to the present invention is applied. In FIG. 1, reference numeral 41 is a synchronizing section for generating and outputting a necessary synchronizing signal for each circuit, and 42 is an FM signal for setting two types of frequency-modulated signals (chirp signal waves in this example) of two types of predetermined waveforms in different modulation directions. The setting unit 43 is an FM signal transmitting unit that transmits the FM signal read by the signal reading unit 50 that reads either one of the FM signals based on the FM signal set by the FM signal setting unit. , 46 are pulse compression units that perform correlation processing. Reference numeral 47 denotes an FM signal set by the FM signal setting unit 42 and a reflection echo from the subject 4 which is transmitted from the pulse wave setting unit 49 through the signal reading unit 50 and is displayed on the display unit 48 without performing pulse compression. Therefore, a reference wave setting unit that sets a chirp wave having the same modulation frequency and waveform length as the transmission wave, and 48 is a display unit that displays the results correlated by the pulse compression unit.

【0033】図2は図1の装置の具体的なハードウェア
構成の一例を示す図である。図2において、61はパー
ソナルコンピュータであり、図1の同期部41、FM信
号設定部42、FM信号送信部43、パルス波設定部4
9、信号読出部50、及び参照波設定部47の各機能動
作を全て行うものである。62はD/A変換部、63は
送信用アンプ、64は探触子、65は被検体、66は受
信用アンプ、67はA/D変換部である。68はFIR
フィルタであり、図1のパルス圧縮部46の具体的なハ
ードウェアである。FIRフィルタ68としては、例え
ば図3の構成によるものでよい。69はD/A変換部、
70はオッシロスコープである。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a concrete hardware configuration of the apparatus shown in FIG. In FIG. 2, reference numeral 61 is a personal computer, and the synchronizing unit 41, the FM signal setting unit 42, the FM signal transmitting unit 43, and the pulse wave setting unit 4 of FIG.
9, all functional operations of the signal reading unit 50 and the reference wave setting unit 47 are performed. 62 is a D / A conversion unit, 63 is a transmission amplifier, 64 is a probe, 65 is a subject, 66 is a reception amplifier, and 67 is an A / D conversion unit. 68 is FIR
It is a filter and is concrete hardware of the pulse compression unit 46 of FIG. The FIR filter 68 may have the configuration shown in FIG. 3, for example. 69 is a D / A converter,
70 is an oscilloscope.

【0034】図2においては、パーソナルコンピュータ
61で作成された周波数変調方向の互いに異なる2種類
のFM波形は、D/A変換器62によりそれぞれアナロ
グ信号に変換され、送信用アンプ63により所要の送信
電力まで増幅され、探触子3から超音波として被検体4
内に送信される。探触子3及び受信された信号は受信用
アンプ66で信号増幅され、A/D変換器67で逐次デ
ジタル信号に変換される。そして、この受信デジタル信
号は、FIRフィルタ68によりパーソナルコンピュー
タ61が作成する参照波と相関演算され、パルス圧縮処
理が行われる。ここで、パーソナルコンピュータ61を
使用した理由は、プログラムの変更により、送信・参照
波の形状を任意に設定できるからである。更に、FIR
フィルタ68からの出力信号は、D/A変換器69でア
ナログ信号に変換され、70のオッシロスコープにて表
示される。
In FIG. 2, two types of FM waveforms created by the personal computer 61 and having different frequency modulation directions are converted into analog signals by the D / A converter 62, and the required transmission is performed by the transmission amplifier 63. It is amplified to electric power, and the object 4 is converted into ultrasonic waves from the probe 3.
Will be sent in. The probe 3 and the received signal are signal-amplified by the reception amplifier 66 and sequentially converted into digital signals by the A / D converter 67. Then, the received digital signal is subjected to correlation calculation with the reference wave created by the personal computer 61 by the FIR filter 68, and pulse compression processing is performed. Here, the reason for using the personal computer 61 is that the shape of the transmission / reference wave can be arbitrarily set by changing the program. Furthermore, FIR
The output signal from the filter 68 is converted into an analog signal by the D / A converter 69 and displayed on the oscilloscope 70.

【0035】また、図3に示すデジタルフィルタは、前
述の(3)式に示すアナログによる畳み込み演算と等価
なデジタルによる演算((17)式)を行う。ここで
は、その変形として相関演算を行うことができ((1
2)式)、A/D変換器67により離散化された2つの
関数x(n)とy(n)に関してアナログによる(1
2)式と等価な次の(17)式に示すような畳み込み演
算を行うことができる。
The digital filter shown in FIG. 3 performs digital calculation (equation (17)) which is equivalent to the analog convolution calculation shown in formula (3). Here, as a modification, correlation calculation can be performed ((1
2)), two functions x (n) and y (n) discretized by the A / D converter 67 are converted into analog (1
The convolution operation as shown in the following expression (17) equivalent to the expression (2) can be performed.

【0036】[0036]

【数7】 (Equation 7)

【0037】図3の(a)にデジタルフィルタの構成を
示す。+印は加算器、Xは乗算器、Z-1は遅延器であ
り、各遅延器は乗算器の演算結果を、サンプリング周期
(ΔT)に相当する時間の遅延を行う。このデジタルフ
ィルタは、ΔTでサンプリングされた受信波形r(τ)
と同じく離散化されたフィルタ係数S(n)との間に、
(17)式に示す演算を行うことが可能である。この実
施例では、S(n)は128個の係数C0 〜C127 とな
っている。ここで、受信波形r(τ)とフィルタ係数C
i を図3の(b)のような波形に設定したときのデジタ
ルフィルタの動作について説明する。ある時間τ1 にお
いて入力端から入力された受信波形の値r(τ1 )は、
0〜A127 の128個の乗算器にそれぞれ入力され
る。例えば、乗算器A0 に入力されたr(τ1 )は、フ
ィルタ係数C0 との乗算を行い、その結果は加算器D0
に入力される。ここで、加算器D0 の他方に入力される
値は、前段の加算器D1の加算結果が遅延器B0 により
ΔTだけ遅延された値である。加算器D1 に入力される
値として、時間(τ1 −ΔT)にサンプリングされた受
信波の値r(τ1−1)とC1 のA1 における乗算結果
とさらに前段の加算器D2 の加算結果が遅延器B1 によ
りΔTだけ遅延された値である。このようにしてみと、
加算器Diにより加算される値は、時間(τ1 −i×Δ
T)においてサンプリングされた受信波形の値r(τ1
−i)とフィタル係数Ci の乗算器Ai における乗算結
果と遅延器Bi に入力される加算器Di-1 の加算結果で
あり、加算器Di-1 に入力される値は、時間(τ1
(i−1)×ΔT)においてサンプリングされた受信波
形の値r(τ1 −(i−1))とフィルタ係数Ci-1
乗算器Ai-1 における乗算結果と遅延器Bi-1 に入力さ
れる加算器Di-2 の加算結果である。つまり加算器Di
に入力される遅延器Bi からの値x(i)を見てみる
と、(19)式のように表すことができる。
The structure of the digital filter is shown in FIG. The + symbol is an adder, X is a multiplier, and Z −1 is a delay device, and each delay device delays the calculation result of the multiplier by a time corresponding to the sampling period (ΔT). This digital filter has a reception waveform r (τ) sampled by ΔT.
Between the discretized filter coefficient S (n) and
It is possible to perform the calculation shown in equation (17). In this embodiment, S (n) is 128 coefficients C 0 to C 127 . Here, the received waveform r (τ) and the filter coefficient C
The operation of the digital filter when i is set to the waveform as shown in FIG. 3B will be described. The value r (τ 1 ) of the received waveform input from the input end at a certain time τ 1 is
It is input to 128 multipliers A 0 to A 127 , respectively. For example, r (τ 1 ) input to the multiplier A 0 is multiplied by the filter coefficient C 0, and the result is the adder D 0.
Is input to Here, the value input to the other of the adder D 0 is a value obtained by delaying the addition result of the adder D 1 at the preceding stage by ΔT by the delay device B 0 . As the value input to the adder D 1 , the value r (τ 1 −1) of the received wave sampled at time (τ 1 −ΔT) and the multiplication result of C 1 at A 1 and the adder D 2 at the previous stage Is a value delayed by ΔT by the delay device B 1 . In this way,
The value added by the adder D i is the time (τ 1 −i × Δ
The value r (τ 1 of the received waveform sampled at T)
-I) and a Fitaru coefficient C i multiplication result and the addition result of the adder D i-1 to be input to the delay unit B i in the multiplier A i, the value input to the adder D i-1 is Time (τ 1
Received waveform value r (τ 1 − (i−1)) sampled at (i−1) × ΔT) and the multiplication result of the filter coefficient C i−1 in the multiplier A i−1 and the delay device B i− It is the addition result of the adder D i-2 input to 1 . That is, the adder D i
Looking at the value x (i) from the delay device B i input to, it can be expressed as in equation (19).

【0038】[0038]

【数8】 さらに最終段の加算器D0 に入力される遅延器B0 から
の値x(0)に関しては、(20)式のように表するこ
とができる。
(Equation 8) Further, the value x (0) from the delay device B 0 input to the adder D 0 at the final stage can be expressed as in Expression (20).

【0039】[0039]

【数9】 [Equation 9]

【0040】よって、デジタルフィタルの出力する値z
(τ1 )は、(21)式のように表することができる。
Therefore, the value z output by the digital filter
1 ) can be expressed as in equation (21).

【0041】[0041]

【数10】 (Equation 10)

【0042】(20)式と図3の(b)より、デジタル
フィルタにおける演算では受信波形r(τ)とフィルタ
係数Ci では、互いに時間軸方向となるように並べられ
たサンプリング値の配列(20)式では、r(τ)を逆
の時間軸方向に配列し、Ciは順の時間軸方向に配列す
る。)の各値どうしの乗算を行い、その総和をとったも
のとなる(図3の(c))。
From the equation (20) and (b) of FIG. 3, in the calculation in the digital filter, the received waveform r (τ) and the filter coefficient C i are arranged so that the sampling values are arranged in the time axis direction ( In equation (20), r (τ) is arranged in the reverse time axis direction, and C i is arranged in the forward time axis direction. ) Are multiplied by each other, and the sum is obtained ((c) in FIG. 3).

【0043】しかしながら、相関演算は(18)式に示
すような処理を行うが、2つの波形s(n)とr(τ)
の時間軸方向は一致している。これを図3の(a)のご
ときデジタルフィルタを用いるならば、フィルタ係数C
i の配列方向を、時間軸方向に対して逆向きにする事に
より、等価な処理を行える。図3の(b)より、ある時
間(τ1 −117×ΔT)を時間τ2 に置き換えると、
r(τ1 −127)はr(τ2 )となる。これより12
7×ΔT時間後にサンプリングされる受信波形の値はr
(τ2 +127)となる。つまり、これを(21)式に
当てはめ、(18)式のような相関演算を達成するため
には、フィルタ係数を時間軸方向に対して逆向きに並べ
変えればよい(図3の(d))。この結果行うことので
きる演算式を(22)式に示す。チャープ波による相関
演算の展開に関しては、フィルタ係数に参照波を導入す
ればよい。
However, the correlation calculation is performed by the processing shown in the equation (18), but two waveforms s (n) and r (τ) are used.
The time axis directions of are in agreement. If a digital filter as shown in FIG. 3A is used, the filter coefficient C
Equivalent processing can be performed by reversing the array direction of i with respect to the time axis direction. From (b) of FIG. 3, when a certain time (τ 1 -117 × ΔT) is replaced with the time τ 2 ,
r (τ 1 -127) becomes r (τ 2 ). 12 from this
The value of the received waveform sampled after 7 × ΔT time is r
2 +127). That is, in order to apply this to the equation (21) and achieve the correlation calculation like the equation (18), the filter coefficients may be rearranged in the opposite direction to the time axis direction ((d) in FIG. 3). ). The arithmetic expression that can be performed as a result is shown in Expression (22). Regarding the development of the correlation calculation using the chirp wave, the reference wave may be introduced into the filter coefficient.

【0044】[0044]

【数11】 [Equation 11]

【0045】図4は図3の(a)のデジタルフィルタに
よる同一周波数変調・同一パルス幅のチャープ波形間の
相関演算の動作を示す波形図である。ある瞬間τ1 にお
いて相関演算の対象となる受信波形の各サンプリング値
の配列は(a)のようになる。また、ある瞬間τ2 にお
ける受信波形のサンプリング値の配列は(b)、瞬間τ
3 における受信波形のサンプリング値の配列は(c)と
なる。一方、相関処理を行うべきれ参照波形C1 は同様
にサンプリングされC0 〜C127 の配列(d)となる。
ここで、受信波形の配列(a)と参照波形の配列(d)
との(22)式に示す相関処理を行うと、その演算結果
の出力タイミングとしては、r(τ1 +127)がサン
プリングされた瞬間となる。配列(a)と(c)との
(22)式の演算については、受信波形が反射エコーで
ないことから相関性は無いことから低い値を示すが、
(b)と(c)との演算に関しては、相関性が大である
ことから、高い値を示す。結局、サンプリング周期ΔT
毎に得られる(22)式の結果をz(τ)としてみる
と、反射エコー近辺において急峻なメインローブを持つ
関数が得られる。
FIG. 4 is a waveform diagram showing the operation of the correlation calculation between the chirp waveforms of the same frequency modulation and the same pulse width by the digital filter of FIG. 3 (a). The array of each sampling value of the received waveform subjected to the correlation calculation at a certain instant τ 1 is as shown in (a). Further, the array of the sampling values of the received waveform at a certain moment τ 2 is (b), the moment τ
The array of sampling values of the received waveform in 3 is (c). On the other hand, the reference waveform C 1 to be subjected to the correlation processing is similarly sampled to form the array (d) of C 0 to C 127 .
Here, the array of received waveforms (a) and the array of reference waveforms (d)
When the correlation processing shown in the equation (22) is performed, the output timing of the calculation result is the moment when r (τ 1 +127) is sampled. Regarding the calculation of the equation (22) of the arrays (a) and (c), a low value is shown because there is no correlation because the received waveform is not a reflection echo,
Regarding the calculation of (b) and (c), a high value is shown because the correlation is large. After all, the sampling period ΔT
When the result of the equation (22) obtained for each is viewed as z (τ), a function having a steep main lobe in the vicinity of the reflection echo is obtained.

【0046】ここで、一つの具体例として、厚さ25m
mの鋼板上の被検体(STB−N1標準試験片)の探傷
を行った。使用する探触子としては、公称周波数5[MH
z] の広帯域型探触子である。まず、図5の(a)に示
すようなパルス波(スペクトルを図5の(b)に示
す。)の送信により、図5の(c)のような底面エコー
を得た(スペクトルを図5の(d)に示す。)。ここ
で、パルス波のスペクトル(図5の(b))を見ると、
パルス幅が短くなればなるほど、フラットな直線(図5
の(b)中においては実線)を有するが、実際には有限
長のパルス幅を有するため、(b)中の点線のような形
状を有するようになる。また、図5の(c)で示される
波形は、周波数軸上では(7)式におけるR(ω)に相
当する波形であるが、送信波S(ω)は、パルス波であ
るから「S(ω)=1」とみなすことができ、底面エコ
ーはT(ω)・M(ω)・A(ω)とみなすことができ
る。更に、エコー周辺のノイズによる影響を無くすた
め、エコーのみを切り出し、この波形を超音波伝達系に
おける伝達特性とした(図5の(e)と(f))。
Here, as one specific example, the thickness is 25 m.
The specimen (STB-N1 standard test piece) on the steel plate of m was inspected. The probe used has a nominal frequency of 5 [MH
z] is a broadband type probe. First, by transmitting a pulse wave (spectrum is shown in FIG. 5B) as shown in FIG. 5A, a bottom surface echo as shown in FIG. 5C is obtained (the spectrum is shown in FIG. (D) of). Here, looking at the spectrum of the pulse wave ((b) of FIG. 5),
The shorter the pulse width, the flatter the straight line (Fig.
(B) has a solid line), but in reality, it has a finite pulse width, and therefore has a shape like the dotted line in (b). Further, the waveform shown in (c) of FIG. 5 is a waveform corresponding to R (ω) in the equation (7) on the frequency axis, but since the transmission wave S (ω) is a pulse wave, “S” (Ω) = 1 ”, and the bottom echo can be regarded as T (ω) · M (ω) · A (ω). Further, in order to eliminate the influence of noise around the echo, only the echo was cut out and this waveform was used as the transfer characteristic in the ultrasonic wave transfer system ((e) and (f) in FIG. 5).

【0047】送信に用いるチャープ波形を図6の(a)
に示す。そして、図6の(a)に示す送信チャープ波形
が、既に既知である図5の(e)及び(f)に示す超音
波伝達系の伝達特性を有するフィルタを通過した波形
が、図6の(b)に示す波形である。そのスペクトルを
図6の(c)に示す。ここで、(7)式のS(ω)に送
信チャープ波SR (ω)用いたときの受信波R(ω)
は、図6の(b)及び(c)に示す関数となる。これよ
り、窓関数を(8)式に示すハミング窓を用いて、(1
6)式に示す参照波SrefR(ω)を求めてみると、図6
の(d)のような参照波となる。この参照波と前述の送
信波との相関を行った結果、図6の(e)のごとき相関
関数z(t)を得た。これは、ハミング窓によるチャー
プ波の送信により得られる従来の相関関数(図6の
(f))と比較して、サイドローブ及びメインローブの
波数ともに低減され、パルス圧縮の効果が向上している
ことが認められる。
The chirp waveform used for transmission is shown in FIG.
Shown in The waveform of the transmission chirp waveform shown in (a) of FIG. 6 that has passed through the already-known filter having the transfer characteristics of the ultrasonic transmission system shown in (e) and (f) of FIG. It is a waveform shown in (b). The spectrum is shown in FIG. 6 (c). Here, the received wave R (ω) when the transmitted chirp wave S R (ω) is used for S (ω) in the equation (7)
Is a function shown in (b) and (c) of FIG. From this, using the Hamming window shown in equation (8) as the window function, (1
When the reference wave S refR (ω) shown in the equation (6) is calculated ,
It becomes a reference wave like (d). As a result of performing correlation between this reference wave and the above-mentioned transmitted wave, a correlation function z (t) as shown in FIG. 6 (e) was obtained. Compared with the conventional correlation function ((f) of FIG. 6) obtained by transmitting the chirp wave through the Hamming window, both the side lobe and the main lobe wave numbers are reduced and the pulse compression effect is improved. Is recognized.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、サイドロ
ーブ低減を目指した窓関数の適用に伴う送信エネルギー
の減少を補うようにしたので送信エネルギーの減少が避
けられており、また、被検体等の超音波伝達系における
伝達特性を参照チャープ波に盛り込むことができるよう
にしたので、探触子の種類、被検体の材料特性のばらつ
きや探傷器のアンプ特性のばらつき等の探傷条件毎に異
なる超音波伝達系による波形のばらつきを、補正できる
ため、常に最適なパルス圧縮波形が得られる。これは、
探傷精度の向上のみならず、とかく問題となる探傷結果
の定量性に関する一つのアプローチとして有効な手段と
なる。
As described above, according to the present invention, the reduction of the transmission energy accompanying the application of the window function aiming at the reduction of the side lobe is compensated, so that the reduction of the transmission energy is avoided and Since the transfer characteristics of the ultrasonic wave transmission system such as the sample can be included in the reference chirp wave, it is possible to use different probe conditions such as the type of probe, variations in the material characteristics of the subject and variations in the amplifier characteristics of the flaw detector. Since the waveform variation due to different ultrasonic transmission systems can be corrected, the optimum pulse compression waveform can always be obtained. this is,
It is an effective means not only for improving the flaw detection accuracy, but also as one approach for the quantitative determination of flaw detection results.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係る超音波検査方法が適用
された装置の機能構成図である。
FIG. 1 is a functional configuration diagram of an apparatus to which an ultrasonic inspection method according to an embodiment of the present invention is applied.

【図2】図1の装置の具体的なハードウェア構成の一例
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an example of a specific hardware configuration of the apparatus of FIG.

【図3】図2のFIRデジタルフィルタの構成例を示す
図である。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the FIR digital filter of FIG.

【図4】図3の動作を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of FIG.

【図5】上記実施例における各種波形の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of various waveforms in the above embodiment.

【図6】上記実施例における各種波形の説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram of various waveforms in the above embodiment.

【図7】従来の一般的な超音波探傷装置の機能構成図で
ある。
FIG. 7 is a functional configuration diagram of a conventional general ultrasonic flaw detector.

【図8】従来の一般的な超音波探傷装置を用いた探傷に
より得られる探傷波形の説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram of a flaw detection waveform obtained by flaw detection using a conventional general ultrasonic flaw detector.

【図9】従来の一般的な超音波探傷装置の機能構成図で
ある。
FIG. 9 is a functional configuration diagram of a conventional general ultrasonic flaw detector.

【図10】従来の一般的な超音波探傷装置を用いた探傷
により得られる探傷波形の説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram of a flaw detection waveform obtained by flaw detection using a conventional general ultrasonic flaw detection apparatus.

【図11】相関処理の原理を説明する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating the principle of correlation processing.

【図12】従来の一般的な超音波探傷装置の機能構成図
である。
FIG. 12 is a functional configuration diagram of a conventional general ultrasonic flaw detector.

【図13】従来の一般的な超音波探傷方法を用いた探傷
の問題点の説明図である。
FIG. 13 is an explanatory diagram of a problem of flaw detection using a conventional general ultrasonic flaw detection method.

【図14】従来の一般的な超音波探傷方法を用いた探傷
の問題点の説明図である。
FIG. 14 is an explanatory diagram of a problem of flaw detection using a conventional general ultrasonic flaw detection method.

【図15】従来の一般的な超音波探傷方法を用いた探傷
の問題点の説明図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram of a problem of flaw detection using a conventional general ultrasonic flaw detection method.

【図16】本発明に係る超音波探傷方法を説明する図で
ある。
FIG. 16 is a diagram illustrating an ultrasonic flaw detection method according to the present invention.

【図17】本発明に係る超音波探傷方法により得られる
探傷波形の説明図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram of a flaw detection waveform obtained by the ultrasonic flaw detection method according to the present invention.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定パルス幅内で周波数が遷移するチャ
ープ波を送信波として探触子を介して被検体内に送信
し、前記探触子を介して得られるその受信波と、予め設
定されたチャープ波からなる参照波との相関処理を行
い、その相関処理後のパルス圧縮された信号によって被
検体の状態を把握する超音波検査方法において、 前記送信波として用いられるチャープ波はその振幅が一
定であり、前記参照波として用いられるチャープ波はそ
の周波数遷移幅及びパルス幅が前記送信波のチャープ波
のそれと同一であり、且つその振幅が始点及び終点にお
いてそれぞれ滑らかに変化するものであることを特徴と
する超音波検査方法。
1. A chirp wave whose frequency transits within a predetermined pulse width is transmitted as a transmitted wave into a subject through a probe, and the received wave obtained through the probe and a preset wave In the ultrasonic inspection method of performing a correlation process with a reference wave composed of a chirp wave and grasping the state of the subject by the pulse-compressed signal after the correlation process, the amplitude of the chirp wave used as the transmission wave is The chirp wave used as the reference wave is constant, its frequency transition width and pulse width are the same as those of the chirp wave of the transmission wave, and its amplitude changes smoothly at the start point and the end point, respectively. An ultrasonic inspection method characterized by:
【請求項2】 波形の始端部から中央部にかけて滑らか
に立ち上がり、そして、波形の中央部から終端部にかけ
て滑らかに立ち下がるような包絡線を有するチャープ波
の周波数特性を求めてそれを第1の周波数特性とし、そ
のチャープ波に共役な関係にあるチャープ波の周波数特
性を求めてそれを第2の周波数特性とし、更に、前記送
信波に用いられるチャープ波の周波数特性と探触子と遅
延材又は被検体を含む超音波伝搬系の周波数特性との積
を演算することにより求められたチャープ波の周波数特
性を求めてそれを第3の周波数特性とし、そして、前記
第1の周波数特性と前記第2の周波数特性との積を前記
第3の周波数特性で除算して得られる周波数特性を有す
るチャープ波を、前記参照波のチャープ波として用いる
ことを特徴とする請求項1記載の超音波検査方法。
2. A frequency characteristic of a chirp wave having an envelope that smoothly rises from the start portion to the center portion of the waveform and smoothly falls from the center portion to the end portion of the waveform, and obtains it as the first characteristic. A frequency characteristic, a frequency characteristic of a chirp wave having a conjugate relationship with the chirp wave is obtained, and is used as a second frequency characteristic. Further, the frequency characteristic of the chirp wave used for the transmission wave, the probe, and the delay material. Alternatively, the frequency characteristic of the chirp wave obtained by calculating the product of the frequency characteristic of the ultrasonic wave propagation system including the subject is calculated and used as the third frequency characteristic, and the first frequency characteristic and the A chirp wave having a frequency characteristic obtained by dividing a product with a second frequency characteristic by the third frequency characteristic is used as a chirp wave of the reference wave. The ultrasonic inspection method according to claim 1.
【請求項3】 前記送信波のチャープ波は、その包絡線
の始端部及び終端部においてそれぞれ丸みを帯びた形状
であることを特徴とする請求項1又は2記載の超音波検
査方法。
3. The ultrasonic inspection method according to claim 1, wherein the chirp wave of the transmitted wave has a rounded shape at the start end and the end of the envelope.
【請求項4】 前記探触子と遅延材又は被検体を含む超
音波伝搬系の周波数特性を求めるに際しては、送信波に
パルス波を用いてその周波数特性を求めてそれを第4の
周波数特性とし、更に、被検体からの反射波の周波数特
性を求めてそれを第5の周波数特性とし、前記第5周波
数特性を前記第4の周波数特性で除算することにより求
めることを特徴とする請求項2又は3記載の超音波検査
方法。
4. When obtaining the frequency characteristic of an ultrasonic wave propagation system including the probe and the delay material or the subject, a pulse wave is used as a transmission wave to obtain the frequency characteristic, and then the fourth frequency characteristic is obtained. Further, the frequency characteristic of the reflected wave from the subject is obtained, the fifth frequency characteristic is used as the fifth frequency characteristic, and the fifth frequency characteristic is divided by the fourth frequency characteristic. The ultrasonic inspection method according to 2 or 3.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6622560B2 (en) 2000-06-17 2003-09-23 Medison Co., Ltd. Ultrasound imaging method and apparatus based on pulse compression technique using a spread spectrum signal
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